Engenheiros do Centro Aeroespacial Alemão (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) deram um passo importante para usar o sal fundido como meio de transferência de calor em usinas de energia solar parabólica. Em conjunto com a Universidade de Évora e parceiros industriais, uma equipa do DLR Institute of Solar Research iniciou, pela primeira vez, a exploração do campo solar da central parabólica de teste de Évora em Portugal com sal fundido. Essa tecnologia inovadora está ajudando a reduzir ainda mais os custos de operação de usinas de energia solar térmica. Com seus sistemas de armazenamento integrados, as usinas térmicas solares são a única tecnologia capaz de gerar grandes quantidades de energia a partir da energia solar 24 horas por dia.
De acordo com a informação avançada na página oficial do Centro Aeroespacial Alemão, as atuais usinas parabólicas comerciais de última geração usam um óleo térmico especial como meio de transferência de calor. O óleo absorve a radiação solar concentrada coletada por meio de espelhos, converte-a em calor e a transfere por meio de dutos para uma unidade de armazenamento de calor ou turbina a vapor para gerar eletricidade. O tanque de armazenamento de calor, cheio de sal fundido, pode reter a energia térmica em temperaturas de até 560 graus Celsius por um período de 12 horas e liberá-la novamente quando a demanda por eletricidade aumentar. A usina precisa de trocadores de calor para transferir o calor do óleo para o sal no tanque de armazenamento, mas alguma energia é sempre perdida durante essa transferência antes que possa ser convertida em eletricidade. A temperatura máxima de operação possível do óleo usado é de aproximadamente 400 graus Celsius, que limita a eficiência da conversão de energia. Pesquisadores e a indústria estão, portanto, procurando maneiras de aumentar ainda mais as temperaturas em usinas de energia solar, a fim de reduzir os custos de geração de eletricidade.
Uma maneira promissora de elevar as temperaturas em usinas de energia através de calhas parabólicas é usar sal fundido não apenas como meio de armazenamento de calor, mas também como meio de transferência de calor no campo coletor. Dependendo da composição do sal fundido, ele pode suportar temperaturas significativamente mais altas do que o óleo térmico – até 565 graus Celsius. Outra vantagem é que os tanques de armazenamento podem ser enchidos diretamente com sal fundido do campo solar – eliminando a necessidade de um trocador de calor.
Para demonstrar esta abordagem, o DLR Institute of Solar Research, em conjunto com a Universidade de Évora e empresas da Alemanha e Espanha, tem vindo a construir uma instalação de teste solar parabólico utilizando sal fundido como meio de transferência de calor. O trabalho começou em 2016 e aconteceu como parte do projeto de pesquisa High Performance Solar 2 (HPS2), que é financiado pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia (BMWi). O objetivo do projeto é demonstrar que as usinas de energia através de calhas parabólicas podem ser operadas com segurança e economia com fundido.
Um desafio técnico ao usar sal fundido como fluido de transferência de calor é que o aquecimento de todas as tubulações é necessário. Para evitar que o sal fundido se solidifique à medida que a planta é preenchida, o aquecimento de traços elétricos deve ser usado para pré-aquecer todos os componentes portadores de sal.
Os módulos coletores do gerador HelioTrough® 2.0 do parceiro de projeto TSK Flagsol, que agora são preenchidos com sal fundido e conectados uns aos outros, fornecem uma produção térmica total de até 3,5 megawatts em um comprimento total de 684 metros. Atualmente, a planta opera com uma mistura ternária de sal do parceiro do projeto Yara, que tem a vantagem de uma temperatura de fusão mais baixa em comparação com uma mistura binária de sal solar e pode absorver calor até uma temperatura de aproximadamente 500 graus Celsius. Além de seu uso em usinas térmicas solares para geração de eletricidade, essa mistura de sal também é interessante para sistemas de fornecimento de calor por processo solar.
Partindo de uma temperatura inicial de 300 graus Celsius, os engenheiros querem aumentar gradualmente a temperatura de operação até 500 graus Celsius. Nas próximas semanas, as outras componentes do circuito do sal vão entrar em funcionamento em Évora. Além do sistema de armazenamento de dois tanques, inclui o gerador de vapor e o equipamento de medição.
“Estamos muito satisfeitos com a forma como o primeiro enchimento foi. Nossos próximos objetivos são ganhar experiência operacional, preencher todos os outros componentes com sal fundido passo a passo e testar operações regulares e também cenários operacionais críticos”, disse Jana Stengler, chefe da Fluid Systems Group no DLR Institute of Solar Research, sobre os resultados dos testes iniciais.
A planta HPS2 foi projetada para funcionar também com sal solar, uma mistura de nitrato de potássio e nitrato de sódio, para atingir temperaturas ainda mais altas de até 565 graus Celsius. Temperaturas mais altas no campo solar permitem maior eficiência na conversão de energia solar em calor e calor em eletricidade, o que reduz o custo de geração de eletricidade.
“As usinas que usam a tecnologia de HPS2 podem ser construídas com mais facilidade e operar com mais eficiência. Isso reduz os custos de produção de eletricidade em até 10 por cento”, disse Mark Schmitz do parceiro do projeto TSK Flagsol, destacando a importância do projeto para o futuro solar térmico Geração de energia. “Esse é um passo enorme para uma única mudança técnica. Ao mesmo tempo, torna o armazenamento mais duradouro, de 12 horas de carga total, e é mais economicamente viável.”
Este projeto de pesquisa é parte do projeto de pesquisa ‘High Performance Solar 2’ financiado pela Ministério Federal da Economia e Energia(Bundesministerium für Wirtschaft und Energie; BMWi). O projeto está sendo monitorado pelo Project Management Jülich (Projektträger Jülich; PtJ).
Além da DLR, os parceiros TSK Flagsol, Yara, Rioglass, Steinmüller Engineering, eltherm e RWE estão envolvidos no projeto. A Universidade de Évora, enquanto proprietária doPlataforma de Sal Fundido de Évora (EMSP), está apoiando a construção e operação da infraestrutura da planta com o pessoal operacional e de pesquisa.
